传感器原理及应用第1章

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1、物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用 Principles and Applications of Sensors主讲：王殿生 教授物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用1.1 关于课程学习主讲教员简介学习要求课程简介与安排计划1.2 关于传感器技术传感器技术简介传感器技术发展第一章 传感器技术概述（开场锣鼓）物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用主讲教员简介简历（王殿生）1965年出生；1984年

2、应用物理学本科；1999年微电子学与固体电子学硕士；2009年油气田开发工程博士1988年工作任辅导员；1989年助教；1994年讲师；1999年副教授；2005年教授现主要从事研究方向电磁理论及应用；油气渗流理论及应用；静电安全评价与防护教学课程普通物理物理实验电磁场与电磁波电动力学微波技术功能材料现代传感理论传感器原理及应用联系方式电 话：18663960889（M）E-MAIL：办公地点：文理楼276房间物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用学习要求课堂要求听课自由，可以选择不听课自学方式学习，不受歧视。准时到位，迟到者请在后排

3、就坐，迟到10分钟以上免进。勿中途退场。可以充耳不闻，但勿交头接耳；可以睡觉，但勿打鼾。可以随时提问、讨论和嘲笑。作业要求要求独立完成作业，抄写作业且还不会者，成绩0分。考核要求平时考核：作业讨论，成绩占10；实验，成绩占30 期中考试：开卷，成绩占10；期末考试：闭卷（含实验设计），成绩占50%。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用课程地位和作用课程地位和作用 课程简介物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用课程类型课程类型 应用物理学、材料物理、光信息科学与技术专业基础课

4、应用物理学、材料物理、光信息科学与技术专业基础课学时学分学时学分 共共48学时，学时，32学时理论，学时理论，16学时实验；学时实验；3学分学分课程时间课程时间 第第19周理论教学，周理论教学，10 13周实验教学，计划第周实验教学，计划第14周复习考试周复习考试先修课程先修课程 高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术答疑时间和地点答疑时间和地点 固定时间地点：固定时间地点：第第114周，星期三周，星期三19:30-21:30，文理楼，文理楼276。随时时间地点：随时时间地点：文理楼文理楼276。课程简介物理科学与技术学院物理科学与

5、技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用课程内容与计划安排（教学日历）课程内容与计划安排（教学日历）课程简介1、传感器的基本特性、传感器的基本特性2、各类传统与新型传感器的工作原理与应用、各类传统与新型传感器的工作原理与应用 （1）应变式传感器）应变式传感器 （2）电感式传感器）电感式传感器 （3）电容式传感器）电容式传感器 （4）压电式传感器）压电式传感器 （5）磁电式传感器）磁电式传感器 （6）光电式传感器）光电式传感器 （7）半导体式传感器）半导体式传感器 （8）波与辐射式传感器）波与辐射式传感器 （9）数字式传感器（自学）数字式传感器（自学）（10）智能式

6、传感器（自学）智能式传感器（自学）物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用课程教材课程教材1.郁有文等编著，传感器原理及工程应用，西安科技大学出版社，郁有文等编著，传感器原理及工程应用，西安科技大学出版社，200820082.沈跃、杨喜峰编，物理实验教程沈跃、杨喜峰编，物理实验教程智能检测技术实验，中国石油大学出版社，智能检测技术实验，中国石油大学出版社，20102010课程参考书课程参考书1.传感器与检测技术，胡向东等编著，机械工业出版社，传感器与检测技术，胡向东等编著，机械工业出版社，20092.传感器原理及应用，王化祥编著，天津大

7、学出版社，传感器原理及应用，王化祥编著，天津大学出版社，20073.传感技术与应用教程，张洪润传感技术与应用教程，张洪润等等编著，清华大学出版社，编著，清华大学出版社，20094.传感器原理及应用（项目式教学），于彤编著，机械工业出版社，传感器原理及应用（项目式教学），于彤编著，机械工业出版社，20085.传感器与测试技术，叶湘滨等编著，国防工业出版社，传感器与测试技术，叶湘滨等编著，国防工业出版社，20076.传感器与检测技术，陈杰、黄鸿编著，高等教育出版社，传感器与检测技术，陈杰、黄鸿编著，高等教育出版社，20037.Handbook of Modern Sensors(3rd Editi

8、on)，Jacob Fraden，Springer-Verlag,Inc.，20048.http:/ 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用研究对象研究对象 传传感感器器技技术术的的基基本本概概念念和和理理论论、常常用用传传感感器器的的工工作作原原理理和应用技术。和应用技术。课程性质课程性质 课课程程属属于于专专业业基基础础课课，在在专专业业人人才才培培养养中中具具有有提提高高学学生生相相关关专专业业基基础础理理论论的的认认知知能能力力、增增强强学学生生从从事事传传感感与与检检测测技技术研究与应用工作的适应能力和开发创新能力的作用。术研究与应用工作的适应能力和开发创新能力的作用。课程

9、简介物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用学习目的与要求学习目的与要求 （1 1）建立传感器技术的整体概念；）建立传感器技术的整体概念；（2 2）掌掌握握传传感感器器技技术术的的基基本本理理论论、常常用用传传感感器器的的工工作作原原理和应用技术；理和应用技术；（3 3）获得应用传感器设计、组建测控系统的基本技能；）获得应用传感器设计、组建测控系统的基本技能；（4 4）培培养养学学生生进进一一步步学学习习、研研究究和和应应用用传传感感器器技技术术的的兴兴趣；趣；（5 5）为为学学习习后后续续课课程程和和独独力力解解决决实实际际问问题题打

10、打下下必必要要的的基基础。础。课程简介物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用主要考核目标（包括重点及难点）主要考核目标（包括重点及难点）（1 1）掌握传感器的基本概念和基本特性；）掌握传感器的基本概念和基本特性；（2 2）掌握常用传感器的工作原理（实验方法）；）掌握常用传感器的工作原理（实验方法）；（3 3）掌握常用传感器的基本应用（实验技术）；）掌握常用传感器的基本应用（实验技术）；（4 4）了解应用传感器设计、组建测控系统的基本方法；）了解应用传感器设计、组建测控系统的基本方法；（5 5）了解传感器技术的发展前沿和趋势。）了解传感

11、器技术的发展前沿和趋势。重点：重点：重点：重点：传感器的工作原理传感器的工作原理传感器的工作原理传感器的工作原理难点：难点：难点：难点：传感器的应用技术；传感器的应用技术；传感器的应用技术；传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。课程简介物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第一章 传感器技术概述（开场锣鼓）1.1 关于课程学习主讲教员简介学习要求课程简介与安排计划1.2 关于传感器

12、技术传感器技术简介传感器技术发展物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、一、传感器技术概述传感器技术概述传感器技术简介 “没没有有传传感感器器就就没没有有现现代代科科学学技技术术”的的观观点点已已为为全全世世界界所所公公认认。以以传传感感器器为为核核心心的的检检测测系系统统就就像像神神经经和和感感官官一一样样，源源源源不不断断地地向向人人类类提提供供宏宏观观与与微微观观世世界界的的种种种种信信息息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。成为人们认识自然、改造自然的有力工具。传传感感器器技技术术作作为为信信息息科科学学的的一一个个重重

13、要要分分支支，与与计计算算机机技技术术、自自动动控控制制技技术术和和通通信信技技术术等等一一起起构构成成了了信信息息技技术术的的完整学科。完整学科。在在人人类类进进入入信信息息时时代代的的今今天天，人人们们的的一一切切社社会会活活动动都都是是以以信信息息获获取取与与信信息息转转换换为为中中心心，传传感感器器作作为为信信息息获获取取与与信信息息转转换换的的重重要要手手段段，是是信信息息科科学学最最前前端端的的一一个个阵阵地地，是是实现信息化的基础技术之一。实现信息化的基础技术之一。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介一、

14、一、传感器技术概述传感器技术概述物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用一、一、传感器技术概述传感器技术概述传感器技术简介 传传感感器器 感感觉觉，感感知知；传传送送（Sensor、Transducer）人体系统：人体系统：人人类类有有五五大大感感觉觉器器官官，即即眼眼、耳耳、鼻鼻、舌舌、皮皮肤肤。通通过过这这些些感感觉觉器官感知外界信息。器官感知外界信息。机器系统：机器系统：机机器器系系统统中中，传传感感器器是是各各种种机机械械和和电电子子设设备备的的感感觉觉器器官官。感感知知光光、色色、温温度度、压压力力、声声音音、湿湿度度、气味及

15、辐射等。气味及辐射等。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介一、一、传感器技术概述传感器技术概述外外外外界界界界信信信信息息息息感感感感 官官官官人人人人 脑脑脑脑肢肢肢肢 体体体体人人人人 体体体体 系系系系 统统统统传感器传感器传感器传感器计算机计算机计算机计算机执行器执行器执行器执行器机机机机 器器器器 系系系系 统统统统人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系“机电五官机电五官机电五官机电五官”物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器

16、原理及应用传感器原理及应用传感器有些性能超过人的感官：传感器有些性能超过人的感官：传感器有些性能超过人的感官：传感器有些性能超过人的感官：（1 1）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量（3 3）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好（2 2）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作 例如：例如：例如：例如：温度传感器：温度传感器：温度传感器：温度传感器：-196-196 1800 1800 压力传感器：压力传感器：压力传感器：压力传感器：0.0

17、1 10000kPa0.01 10000kPa 精度：精度：精度：精度：0.1%0.01%0.1%0.01%可靠度：可靠度：可靠度：可靠度：8 9 8 9 级级级级一、一、传感器技术概述传感器技术概述传感器技术简介物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介二、二、传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位n 现代信息技术的三大支柱之一现代信息技术的三大支柱之一现代信息技术的三大支柱之一现代信息技术的三大支柱之一 传感器技术（信息采集）传感器技术（信息采集）传感器技术（信息采集）传感器技术（信息采集）通信技术通信技术通信技术

18、通信技术 （信息传输）（信息传输）（信息传输）（信息传输）计算机技术（信息处理）计算机技术（信息处理）计算机技术（信息处理）计算机技术（信息处理）在在在在信信信信息息息息系系系系统统统统中中中中分分分分别别别别起起起起到到到到 “感感感感官官官官”、“神神神神经经经经”和和和和“大大大大脑脑脑脑”的的的的作用。作用。作用。作用。n 现代测量与自动控制的首要环节现代测量与自动控制的首要环节现代测量与自动控制的首要环节现代测量与自动控制的首要环节 传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官五官”。没没有有传传感感器器对对原原始始信信息息进进行行精精确确、

19、可可靠靠的的捕捕获获和和转转换换，一一切测量和控制都是不可能实现的。切测量和控制都是不可能实现的。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介二、二、传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位n 衡量国家综合实力的重要标志衡量国家综合实力的重要标志衡量国家综合实力的重要标志衡量国家综合实力的重要标志 传传感感器器与与传传感感器器技技术术的的发发展展水水平平是是衡衡量量一一个个国国家家综综合合实实力力的的重重要要标标志志，也也是是判判断断一一个个国国家家科科学学技技术术现现代代化化程程度度与与生生产产水水平高低的重要依据。平高

20、低的重要依据。日日本本：传传感感器器技技术术列列为为计计算算机机、通通讯讯、激激光光、半半导导体体、超超导导和和传传感器感器等六大核心技术之一。在等六大核心技术之一。在21世纪技术预测中将传感器列为首位。世纪技术预测中将传感器列为首位。美美国国：传传感感器器及及信信号号处处理理列列为为对对国国家家安安全全和和经经济济发发展展有有重重要要影影响响的关键技术之一。的关键技术之一。欧洲：欧洲：传感器技术作为优先发展的重点技术。传感器技术作为优先发展的重点技术。中国：中国：在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生

21、王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介二、二、传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位n 传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域 传传传传感感感感器器器器已已已已渗渗渗渗透透透透到到到到宇宇宇宇宙宙宙宙开开开开发发发发、海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测、军军军军事事事事国国国国防防防防、环环环环境境境境保保保保护护护护、资资资资源源源源调调调调查查查查、医医医医学学学学诊诊诊诊断断断断、生生生生物物物物工工工工程程程程、商商商商检检检检质质质质检检检检、甚甚甚甚至至至至文文文文物物物物

22、保保保保护护护护等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。毫毫毫毫不不不不夸夸夸夸张张张张地地地地说说说说：几几几几乎乎乎乎每每每每个个个个现现现现代代代代化化化化项项项项目目目目，以以以以至至至至各各各各种种种种复复复复杂杂杂杂工工工工程程程程系统，都离不开各种各样的传感器。系统，都离不开各种各样的传感器。系统，都离不开各种各样的传感器。系统，都离不开各种各样的传感器。传传传传感感感感器器器器技技技技术术术术在在在在发发发发展展展展经经经经济济济济、推推推推动动动动社社社社会会会会进进进进步步步步方方方方面面面面的的的的重重重重要要要要作作作作用用用用，是十分明

23、显的。是十分明显的。是十分明显的。是十分明显的。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介二、二、传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位4D彩超捕捉到难得一见的胎儿出生前微笑（美联社图片）彩超捕捉到难得一见的胎儿出生前微笑（美联社图片）物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用信信信信息息息息处处处处理理理理电电电电信信信信电电电电话话话话科科科科技技技技测测测测试试试试设设设设备备备备控控控控制制制制交交交交

24、通通通通控控控控制制制制输输输输电电电电系系系系统统统统机机机机床床床床机机机机器器器器人人人人家家家家用用用用电电电电器器器器照照照照相相相相机机机机汽汽汽汽车车车车飞飞飞飞机机机机船船船船舶舶舶舶气气气气象象象象海海海海洋洋洋洋环环环环境境境境污污污污染染染染医医医医疗疗疗疗防防防防火火火火光光光光能能能能利利利利用用用用热热热热能能能能利利利利用用用用土土土土木木木木建建建建筑筑筑筑农农农农林林林林机机机机械械械械能能能能利利利利用用用用货货货货币币币币金金金金融融融融食食食食品品品品1111115555110110103103474736365959818161612727787834

25、3431 31 31314747111111707076769393616126262121242420201414需要量需要量需要量需要量传感器技术的应用领域传感器技术的应用领域传感器技术的应用领域传感器技术的应用领域物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统 石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。石油、化工、电

26、力、钢铁、机械等加工工业。造纸造纸木材烘干木材烘干烟草加工烟草加工芯片生产芯片生产化工化工纺织纺织物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 汽车与传感器汽车与传感器汽车与传感器汽车与传感器 传传传传统统统统：行行行行驶驶驶驶速速速速度度度度、距距距距离离离离、发发发发动动动动机机机机旋旋旋旋转转转转速速速速度度度度、燃料剩余量。燃料剩余量。燃料剩余量。燃料剩余量。安安安安全全全全：安安安安全全全全气气气气囊囊囊囊系系系系统统统统、防防防防盗盗盗盗装装装装置置置置、防防防防滑滑滑滑控

27、控控控制制制制系系系系统统统统、防防防防抱抱抱抱死死死死装装装装置置置置、电电电电子子子子变变变变速速速速控控控控制制制制装装装装置置置置、汽汽汽汽车车车车“黑匣子黑匣子黑匣子黑匣子”。环环环环保保保保：排排排排气气气气循循循循环环环环装装装装置、电子燃料喷射装置。置、电子燃料喷射装置。置、电子燃料喷射装置。置、电子燃料喷射装置。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用 单单单单能能能能机机机

28、机器器器器人人人人：生生生生产产产产用用用用的的的的自自自自动动动动机机机机械械械械式式式式（加加加加工工工工、组组组组装装装装、检检检检验验验验）。检测臂的位置和角度传感器。检测臂的位置和角度传感器。检测臂的位置和角度传感器。检测臂的位置和角度传感器。隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人汽车焊装生产线汽车焊装生产线汽车焊装生产线汽车焊装生产线物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器

29、人上的应用 智能机器人：智能机器人：智能机器人：智能机器人：判断能力。视觉传感器、触觉传感器。判断能力。视觉传感器、触觉传感器。用于水下探测的机器人用于水下探测的机器人用于水下探测的机器人用于水下探测的机器人用于家庭服务的机器人用于家庭服务的机器人用于家庭服务的机器人用于家庭服务的机器人物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用 智智智智能能能能机机机机器器器器人人人人：埃埃及及金金字字塔塔世界

30、最古老石棺的考古挖掘。世界最古老石棺的考古挖掘。法法法法老老老老咒咒咒咒语语语语：“不不不不论论论论是是是是谁谁谁谁骚骚骚骚扰扰扰扰了了了了法法法法老老老老的的的的安安安安宁宁宁宁，死死死死神神神神之之之之翼翼翼翼将将将将在在在在它它它它的的的的头头头头上上上上降降降降临临临临。”小机器人挑战法老咒语，代替科小机器人挑战法老咒语，代替科小机器人挑战法老咒语，代替科小机器人挑战法老咒语，代替科学家勇探胡夫金字塔内部秘道。学家勇探胡夫金字塔内部秘道。学家勇探胡夫金字塔内部秘道。学家勇探胡夫金字塔内部秘道。“金字塔漫游者金字塔漫游者”机器人机器人 511511，地地面面探探测测雷雷达达、超超声声波波

31、传感器（测石头厚度）。传感器（测石头厚度）。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器 自自自自动动动动电电电电饭饭饭饭锅锅锅锅、吸吸吸吸尘尘尘尘器器器器、空空空空调调调调器器器器、电电电电子子子子热热热热水水水水器器器器、风风风风干干干干器器器器、电电电电熨熨熨熨斗斗斗斗、电电电电风风风风扇扇扇扇、洗洗洗洗衣衣衣衣机机机机、洗洗洗洗碗碗碗碗机机机机、照照照照相相相相机机机机、电电电电冰冰冰冰箱箱箱箱、电电电电视视视视

32、机机机机、录录录录像机、家庭影院。像机、家庭影院。像机、家庭影院。像机、家庭影院。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术 飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。船舶：超声波传感器。船舶：超声波传感器。船舶：超声波传感器。船舶：超声波传感器。微波微波

33、微波微波红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区地地地地 面面面面物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器在军事技术领域的应用传感器在军事技术领域的应用传感器在军事技术领域的应用传感器在军事技术领域的应用 “改改改改变变变变那那那那种种种种认认认认为为为为军军军军事事事事力力力力量量量量主主主主要要要要是是是是军军军军舰舰舰舰、坦坦坦坦克克克克和和和和飞飞

34、飞飞机机机机的的的的概概概概念念念念，把把把把我我我我们们们们的的的的注注注注意意意意力力力力放放放放在在在在思思思思考考考考信信信信息息息息和和和和电电电电信信信信技技技技术术术术所所所所能能能能提提提提供供供供的的的的军军军军事事事事力力力力量量量量上上上上来来来来。这这这这场场场场军军军军事事事事革革革革命命命命标标标标志志志志着着着着一一一一种种种种转转转转变变变变，即即即即从从从从重重重重视视视视军军军军舰舰舰舰、坦坦坦坦克克克克和和和和飞飞飞飞机机机机，转转转转为为为为重重重重视视视视诸诸诸诸如如如如传传传传感感感感器器器器这这这这类类类类东东东东西西西西的的的的作用。作用。作用。

35、作用。”“信息时代的军事革命信息时代的军事革命信息时代的军事革命信息时代的军事革命”美国参联会副主席欧文斯上将美国参联会副主席欧文斯上将美国参联会副主席欧文斯上将美国参联会副主席欧文斯上将特种武器观察、侦察、探测特种武器观察、侦察、探测特种武器观察、侦察、探测特种武器观察、侦察、探测物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器在医疗及人体医学上的应用传感器在医疗及人体医学上的应用传感器在医疗及人体医学上的应用传感器在医疗及人体医学上的应用 医医医医用用用用传传传传感感感感器器器

36、器：人人人人体体体体内内内内部部部部温温温温度度度度、血血血血液液液液、呼呼呼呼吸吸吸吸流流流流量量量量、肿肿肿肿瘤瘤瘤瘤、心心心心音、腔内压力、心脑电波。音、腔内压力、心脑电波。音、腔内压力、心脑电波。音、腔内压力、心脑电波。n 传感器与航空及航天传感器与航空及航天传感器与航空及航天传感器与航空及航天 飞行器：控制在预定轨道上。飞行器：控制在预定轨道上。飞行器：控制在预定轨道上。飞行器：控制在预定轨道上。速速速速度度度度、加加加加速速速速度度度度、飞飞飞飞行行行行距距距距离离离离测测测测量量量量：陀陀陀陀螺螺螺螺仪仪仪仪、阳阳阳阳光光光光传传传传感感感感器器器器、星星星星光光光光传感器、地磁

37、传感器。传感器、地磁传感器。传感器、地磁传感器。传感器、地磁传感器。周围环境、内部设备监控、本身状态。周围环境、内部设备监控、本身状态。周围环境、内部设备监控、本身状态。周围环境、内部设备监控、本身状态。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器技术简介三、三、传感器技术的应用传感器技术的应用n 传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域 传传传传感感感感器器器器已已已已渗渗渗渗透透透透到到到到宇宇宇宇宙宙宙宙开开开开发发发发、海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测、军

38、军军军事事事事国国国国防防防防、环环环环境境境境保保保保护护护护、资资资资源源源源调调调调查查查查、医医医医学学学学诊诊诊诊断断断断、生生生生物物物物工工工工程程程程、商商商商检检检检质质质质检检检检、甚甚甚甚至至至至文文文文物物物物保保保保护护护护等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。毫毫毫毫不不不不夸夸夸夸张张张张地地地地说说说说：几几几几乎乎乎乎每每每每个个个个现现现现代代代代化化化化项项项项目目目目，以以以以至至至至各各各各种种种种复复复复杂杂杂杂工工工工程程程程系统，都离不开各种各样的传感器。系统，都离不开各种各样的传感器。系统，都离不开各种各样的传

39、感器。系统，都离不开各种各样的传感器。传传传传感感感感器器器器技技技技术术术术在在在在发发发发展展展展经经经经济济济济、推推推推动动动动社社社社会会会会进进进进步步步步方方方方面面面面的的的的重重重重要要要要作作作作用用用用，是十分明显的。是十分明显的。是十分明显的。是十分明显的。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感技术的发展分为两个方面：传感技术的发展分为两个方面：提高与改善传感器的技术性能；提高与改善传感器的技术性能；寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。一、改善传感器的性能的技术途径一

40、、改善传感器的性能的技术途径1 1、差动技术、差动技术 差差动动技技术术是是传传感感器器中中普普遍遍采采用用的的技技术术。它它的的应应用用可可显显著著地地减减小小温温度度变变化化、电电源源波波动动、外外界界干干扰扰等等对对传传感感器器精精度度的的影影响响，抵抵消消了了共共模模误误差差，减减小小非非线线性性误误差差等等。不不少少传传感感器器由由于于采采用用了了差差动动技技术术，还还可可使灵敏度增大。使灵敏度增大。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用 2 2、平均技术、平均技术 作作用用：在在传传感感器器中中普普遍遍

41、采采用用平平均均技术可产生平均效应。技术可产生平均效应。原原理理：利利用用若若干干个个传传感感单单元元同同时时感感受受被被测测量量，输输出出则则是是这这些些单单元元输输出出的的平平均均值值，若若将将每每个个单单元元可可能能带带来来的的误误差差均均可可看看作作随随机机误误差差且且服服从从正正态态分分布布，根根据据误误差差理理论论，n个个传传感感单单元元数数总总的误差将减小为的误差将减小为在在传传感感器器中中利利用用平平均均技技术术不不仅仅可可使使传传感感器器误误差差减减小小，且且可可增增大大信信号号量量，即即增增大大传传感器灵敏度。感器灵敏度。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术

42、学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用3 3、补偿与修正技术、补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：针对传感器本身特性针对传感器本身特性 针对传感器的工作条件或外界环境针对传感器的工作条件或外界环境 对对于于传传感感器器特特性性，找找出出误误差差的的变变化化规规律律，或或者者测测出出其其大大小小和和方方向向，采采用适当的方法加以补偿或修正。用适当的方法加以补偿或修正。针针对对传传感感器器工工作作条条件件或或外外界界环环境境进进行行误误差差补补偿偿，也也是是提提高高传传感感器器精精度度的的有有力力技技术术措措施施。

43、不不少少传传感感器器对对温温度度敏敏感感，由由于于温温度度变变化化引引起起的的误误差差十十分分可可观观。为为了了解解决决这这个个问问题题，必必要要时时可可控控制制温温度度，用用恒恒温温装装置置，但但往往往往费费用用太太高高，或或使使用用现现场场不不允允许许。而而在在传传感感器器内内引引入入温温度度误误差差补补偿偿又又常常常常是是可可行行的的。这这时时应应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。补补偿偿与与修修正正，可可以以利利用用电电子子线线路路（硬硬件件）来来解解决决，也也可可以以采采用用微微型计算机通过软件来实现。型计算机通过软件

44、来实现。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用4 4、屏蔽、隔离与干扰抑制、屏蔽、隔离与干扰抑制 传传感感器器大大都都要要在在现现场场工工作作，现现场场的的条条件件往往往往是是难难以以充充分分预预料料的的，有有时时是是极极其其恶恶劣劣的的。各各种种外外界界因因素素要要影影响响传传感感器器的的精精度度与与各各有有关关性性能能。为为了了减减小小测测量量误误差差，保保证证其其原原有有性性能能，就就应应设设法法削削弱弱或或消消除除外外界界因因素素对传感器的影响。对传感器的影响。基本方法有：基本方法有：u 减小传感器对影响因

45、素的灵敏度减小传感器对影响因素的灵敏度u 降低外界因素对传感器实际作用的程度降低外界因素对传感器实际作用的程度对对于于电电磁磁干干扰扰，可可以以采采用用屏屏蔽蔽、隔隔离离措措施施，也也可可用用滤滤波波等等方方法法抑抑制制。对对于于如如温温度度、湿湿度度、机机械械振振动动、气气压压、声声压压、辐辐射射、甚甚至至气气流流等等，可可采采用用相相应应的的隔隔离离措措施施，如如隔隔热热、密密封封、隔隔振振等等，或或者者在在变变换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作E

46、XIT传感器原理及应用传感器原理及应用在在使使用用传传感感器器时时，若若测测量量要要求求较较高高，必必要要时时也也应应对对附附加加的的调调整整元元件、后续电路的关键元器件进行老化处理。件、后续电路的关键元器件进行老化处理。提高传感器性能的稳定性措施：提高传感器性能的稳定性措施：对对材材料料、元元器器件件或或传传感感器器整整体体进进行行必必要要的的稳稳定定性性处处理理。如如永永磁磁材材料料的的时时间间老老化化、温温度度老老化化、机机械械老老化化及及交交流流稳稳磁磁处处理理、电电气气元元件件的的老化筛选等。老化筛选等。造成传感器性能不稳定的原因：造成传感器性能不稳定的原因：随随着着时时间间的的推推

47、移移和和环环境境条条件件的的变变化化，构构成成传传感感器器的的各各种种材材料料与与元元器件性能将发生变化。器件性能将发生变化。5稳定性处理稳定性处理传传感感器器作作为为长长期期测测量量或或反反复复使使用用的的器器件件，稳稳定定性性显显得得特特别别重重要要。在那些很难或无法定期标定的场合，重要性胜过精度指标。在那些很难或无法定期标定的场合，重要性胜过精度指标。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用v 开发新型传感器开发新型传感器 v 开发新材料开发新材料 v 新工艺的采用新工艺的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功

48、能化v 智能化智能化 二、传感器的发展动向二、传感器的发展动向开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化艺；实现传感器的集成化与智能化传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用研发新型传感器的重要途径：研发新型传感器的重要途径：传传感感器器的的工工作作机机理理是是基基于于各各种种效效应应和和定定律律，因因此此进进一一步步探探索索具具有有新新效效应应的的敏敏感感功功能能材材料料，并并以以此此研研制制出出具具有有新新原原理理的的新新型型

49、物物性性型型传传感感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。结结构构型型传传感感器器：发发展展较较早早，目目前前日日趋趋成成熟熟。结结构构型型传传感感器器，一一般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。物物性性型型传传感感器器：大大致致与与之之相相反反，具具有有不不少少诱诱人人的的优优点点，加加之之过过去去发发展展也也不不够够。世世界界各各国国都都在在物物性性型型传传感感器器方方面面投投入入大大量量人人力力、物物力力加强研究，从而成为一个值得注意的发展动向。加强研究，从而成为一

50、个值得注意的发展动向。1、开发新型传感器、开发新型传感器新新型型传传感感器器主主要要三三个个方方面面：采采用用新新原原理理；填填补补传传感感器器空空白白；仿生传感器仿生传感器。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用2、开发新材料、开发新材料传传感感器器材材料料是是传传感感器器技技术术的的重重要要基基础础。材材料料科科学学的的进进步步，人人们们可可任任意意控控制制成成分分，设设计计制制造造出出用用于于各各种种传传感感器器的的功功能能材材料料。用用复复杂杂材材料料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。来制造性

51、能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。（1）半导体敏感材料）半导体敏感材料（2）陶瓷材料）陶瓷材料（3）磁性材料）磁性材料（4）智能材料）智能材料半导体氧化物可制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远半导体氧化物可制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。引起国内外学者的极大兴趣。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科

52、学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用3、新工艺的采用、新工艺的采用在在发发展展新新型型传传感感器器中中，离离不不开开新新工工艺艺的的采采用用。新新工工艺艺的的含含义义范范围围很很广广，这这里里主主要要指指与与发发展展新新型型传传感感器器联联系系特特别别密密切切的的微微细细加加工工技技术。术。微微机机械械加加工工技技术术：近近年年来来随随着着集集成成电电路路工工艺艺发发展展起起来来的的，它它是是离离子子束束、电电子子束束、分分子子束束、激激光光束束和和化化学学刻刻蚀蚀等等用用于于微微电电子子加加工工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。的技术，目前已越来越

53、多地用于传感器领域。例例如如：利利用用半半导导体体技技术术制制造造出出压压阻阻式式传传感感器器，利利用用薄薄膜膜工工艺艺制制造造出出快快速速响响应应的的气气敏敏、湿湿敏敏传传感感器器，日日本本横横河河公公司司利利用用各各向向异异性性腐腐蚀蚀技技术术进进行行高高精精度度三三维维加加工工，在在硅硅片片上上构构成成孔孔、沟沟棱棱锥锥、半半球球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。传感器技术的发展趋势纳米堆垛纳米堆垛物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用同同一一功功能能的的多多元元件件并并列列化化：同

54、同一一类类型型的的单单个个传传感感元元件件用用集集成工艺在同一平面上排列起来，成工艺在同一平面上排列起来，如如CCD图像传感器。图像传感器。多多功功能能一一体体化化：传传感感器器与与放放大大、运运算算以以及及温温度度补补偿偿等等环环节节一体化，组装成一个器件。一体化，组装成一个器件。多多个个功功能能不不同同的的传传感感元元件件集集成成在在一一起起，除除可可同同时时进进行行多多种种参参数数的的测测量量外外，还还可可对对这这些些参参数数的的测测量量结结果果进进行行综综合合处处理理和和评评价，可反映出被测系统的整体状态。价，可反映出被测系统的整体状态。4、集成化、多功能化、集成化、多功能化为为同同时

55、时测测量量几几种种不不同同被被测测参参数数，可可将将几几种种不不同同的的传传感感器器元元件件复复合合在在一一起起，作作成成集集成成块块。例例如如：一一种种温温、气气、湿湿三三功功能能陶陶瓷传感器已经研制成功。瓷传感器已经研制成功。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用5、智能化、智能化对对外外界界信信息息具具有有检检测测、数数据据处处理理、逻逻辑辑判判断断、自自诊诊断断和和自自适适应应能能力力的的集集成成一一体体化化多多功功能能传传感感器器，这这种种传传感感器器具具有有与与主主机机互互相相对对话话的的功功能能，可可

56、以以自自行行选选择择最最佳佳方方案案，能能将将已已获获得得的的大大量量数数据据进进行行分分割割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。智智能能传传感感器器是是传传感感器器技技术术与与大大规规模模集集成成电电路路技技术术相相结结合合的的产产物物，它它的的实实现现取取决决于于传传感感技技术术与与半半导导体体集集成成化化工工艺艺水水平平的的提提高高与与发发展展。这这类类传传感感器器具具有有多多功功能能、高高性性能能、体体积积小小、适适宜宜大大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。如：如：DS18B20DS18B20，新一代适配微处理器的智能温度传感器。，新一代适配微处理器的智能温度传感器。传感器技术的发展趋势物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第一章 传感器技术概述（开场锣鼓）1.1 关于课程学习主讲教员简介学习要求课程简介与安排计划1.2 关于传感器技术传感器技术简介传感器技术发展物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第一章结束第一章结束谢谢合作！